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离子渗氮时温度不均匀的原因

时间:2017-03-14? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击: 次
        离子渗氮时温度不均匀是由离子渗氮零件的加热和散热特点所决定的。当零件在单位时间内获得的热量和散失的热量在某一温度恰好相等时,该温度就称为平衡温度。而温度不均匀就在于零件各处的平衡温度不同。
零件在辉光放电时加热的特点主要包含三种能量变化阶段,即电能→离子,中性气体原子的动能→加热零件的热能。因此电流密度的大小是零件获得热量多少的主要标志。辉光放电时,辉光均匀地包围着零件,放电主要由阴极位降区所决定,电流密度应该是均匀的。实际上辉光电流密度还受以下因素影响。
        1、阴阳极距离。由于以炉子内壁作为公用阳极以及零件本身结构的影响,从零件表面各点到阳极的距离是不同的,辉光电压虽然主要消耗在阴极位降区内,但在法拉第暗区和正柱区内也有一定的电压损耗,这部分电压将随着阴阳极距离和气压的增加而增大。当阴阳极间电压一定时,阴阳极距离大者,因其位降较低,离子和中性气体粒子的能量较小,零件的温度偏低。此外,阴阳极距离不同零件表面各处的电流密度也是有差别的,这种差别随着气压的增加而增大。当阴阳极距离比较悬殊时,或气压较高时,这种影响常常是导致温度不均匀的主要原因。
        2、气体成分不均匀。辉光放电特性和气体成分有关,直接用氨气做气源时,由于氨气在炉内流动过程中逐步电离分解,所以在炉内由上而下气相的组成是逐渐变化的。在进气口附近是以新鲜的氨气为主,氮和氢较少,在抽气口附近未分解的氨最少,氮和氢最多。当阴阳极电压一定时,气相中氨量多时,阴极电流密度较小,氨分解气的电流密度较大。因此靠近进气口处零件的温度最低,靠近抽气口处零件的温度最高。
        3、气体流动不均匀。气体流经零件表面的速度因炉子中进出气口的设计,具零件的距离以及零件本身和工卡具的结构等因素的影响也不尽相同,流速不同会引起局部气压和气体密度的波动,这就会造成电流密度的波动。
        4、零件上的沟槽、小孔由于辉光重叠,电流密度增大,造成所谓辉光集中,这些地方升温很快,温度将高于辉光正常的地方。

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